Возобновляемые источники энергии

 

Достоинства и недостатки различных систем миниГЭС

Недостатки гирляндной МГЭС очевидны: большая материалоемкость, опасность для окружающих (длинный подводный трос, скрытые в воде роторы, перегораживание реки), низкий КПД. Гирляндная ГЭС – это небольшая плотина. Ротор Дарье сложен в изготовлении, в начале работы его нужно раскрутить. Но он привлекателен тем, что ось ротора расположена вертикально и отбор мощности можно производить над водой, без дополнительных передач. Такой ротор будет вращаться при любом изменении направления потока.

Таким образом, с точки зрения простоты изготовления и получения максимального КПД с минимальными затратами, необходимо выбрать конструкцию типа водяное колесо или пропеллер.

Конструкция малой гидростанции

Конструкция малой ГЭС базируется на гидроагрегате, который включает в себя энергоблок, водозаборное устройство и элементы управления. В зависимости от того, какие гидроресурсы используются малыми гидростанциями, их делят на несколько категорий:

- русловые или приплотинные станции с небольшими водохранилищами;

- стационарные мини ГЭС, использующие энергию свободного  течения рек;

- МГЭС, использующие существующие  перепады уровней воды на различных  объектах водного хозяйства;

- мобильные мини ГЭС  в контейнерах, с применением  в качестве напорной деривации  пластиковых труб или гибких  армированных рукавов.

Разновидности гидроагрегатов для малых гидроэлектростанций

Основой для малой гидростанции является гидроагрегат, который, в свою очередь, базируется на турбине того или иного вида. Существуют гидроагрегаты с:

- Осевыми турбинами;

- Радиально-осевыми турбинами;

- Ковшовыми турбинами;

- Поворотно-лопастными турбинами.

 

 МГЭС классифицируются и в зависимости максимального использования напора воды на:

- высоконапорные - более 60 м;

- средненапорные - от 25 м;

- низконапорные - от 3 до 25 м.

 

От того, какой напор воды использует микрогидроэлектростанция, различаются и виды применяемых в оборудовании турбин. Ковшовые и радиально-осевые турбины разработаны для высоконапорных ГЭС. Поворотно-лопастные и радиально-осевые турбины применяются на средненапорных станциях. На низконапорных малых гидростанциях(МГЭС) устанавливают в основном поворотно-лопастные турбины в железобетонных камерах.

 

2. Принцип работы

Что касается принципа работы турбины мини ГЭС, то он во всех конструкциях практически идентичен: вода под напором поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Энергия вращения передается на гидрогенератор, который отвечает за выработку электроэнергии. Турбины для объектов подбираются в соответствии с некоторыми техническими характеристиками, среди которых главной остается напор воды. Кроме того, турбины выбираются в зависимости от вида камеры которая идет в комплекте — стальной или железобетонной.

Мощность миниГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы.

 

При выборе мини ГЭС стоит ориентироваться на такое энергетическое оборудование, которое было бы адаптировано под конкретные нужды объекта и отвечало таким критериям, как:

- наличие надежных и  удобных в эксплуатации средств  управления и контроля над  работой оборудования;

- управление оборудованием  в автоматическом режиме с  возможностью перехода при необходимости  на ручное управление;

- генератор и турбина  гидроагрегата должны иметь надежную  защиту от вероятных аварийных  ситуаций;

- площади и объемы строительных  работ для установки малых  ГЭС должны быть минимальными.

 

3. Выгоды использования мини-ГЭС:

Гидроэлектростанции малой мощности обладают целым рядом преимуществ, которые делают это оборудование все более популярным. Прежде всего, стоит отметить экологическую безопасность мини ГЭС – критерий, который становится все более важным в свете проблем защиты окружающей среды. Малые гидроэлектростанции не возникает вредного влияния ни на свойства, ни на качество воды. Акватории, где устанавливается гидроэлектростанция малой мощности, можно использовать как для рыбохозяйственной деятельности, так и в качестве источника водоснабжения населенных пунктов. Кроме того, для работы малых ГЭС нет необходимости в наличии больших водоемов. Они могут функционировать, используя энергию течения небольших рек и даже ручьев.

Что касается экономической эффективности, то и здесь у микро и мини гидроэлектростанций есть немало преимуществ. Станции, разработанные с учетом современных технологий, отличаются простой в управлении, они полностью автоматизированы. Таким образом, оборудование не требуют присутствия человека. Специалисты отмечают, что и качество тока, вырабатываемого малыми ГЭС, соответствует требованиям ГОСТа как по напряжению, так и по частоте. При этом, мини ГЭС могут действовать как автономно, так и в составе электросети.

Говоря о малых гидроэлектростанциях, стоит отметить и такое их преимущество, как полный ресурс их работы, который составляет не менее 40 лет. Ну а главное - объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.

Одним из важнейших экономических факторов является вечная возобновляемость гидротехнических ресурсов. Если подсчитать буквальную выгоду от применения малых ГЭС, то выяснится, что электроэнергия вырабатываемая ими практически в 4 раза дешевле электроэнергии, которую потребитель получает от теплоэлектростанций. Именно по этой причине сегодня ГЭС все чаще находят применение для электроснабжения электроёмких производств.

Не забудем и о том, что малые ГЭС не требуют приобретения какого-либо топлива. К тому же они отличаются сравнительно простой технологией выработки электроэнергии, в результате чего затраты труда на единицу мощности на ГЭС почти в 10 раз меньше, чем на ТЭЦ.

 

Возможности использования в России

Гидроэнергетические ресурсы России

Водные ресурсы — это воды рек, озер и подземные воды, они служат основным источником водоснабжения страны. Вода нужна и коммунальному хозяйству, и промышленным предприятиям, и сельскому хозяйству для орошения. В целом страна хорошо обеспечена водными ресурсами, но по ее территории они распределены неравномерно. Хорошо обеспечены северные районы, Сибирь (80% пресных вод сосредоточено в озере Байкал), однако все наиболее освоенные части страны испытывают недостаток воды, особенно это касается южной половины европейской части страны.

Главная проблема водоснабжения — нехватка чистой воды, загрязнение вод рек и озер бытовыми и промышленными стоками, стоками животноводческих комплексов. Нужно шире внедрять системы оборотного водоснабжения, очистки сточных вод и их использования.

Водные ресурсы России значительны и разнообразны. Запасы пресной воды содержатся не только в реках, озерах, водохранилищах, но также и в подземных водоемах, ледниках, многолетней мерзлоте и болотах.

По водообеспеченности Россия значительно опережает любую соседнюю республику нового зарубежья. Но распределение водных ресурсов крайне неравномерно. Значение этой диспропорции еще более усиливается, если учесть, что наименее обеспеченные водой районы являются главными потребителями воды.

Россия обладает огромными гидроэнергетическими ресурсами. Но они используются менее чем на 20%. Большая часть гидроэнергетических ресурсов приходится на Сибирь и Дальний Восток (80%). Особенно велики они в бассейнах рек Енисея, Лены, Оби, Ангары, Иртыша, Амура. Богаты гидроэнергоресурсами реки Северного Кавказа.

Строительство ГЭС не только выгодно, но имеет и отрицательные последствия: затопление земель, изменение уровня грунтовых вод, микроклимата, ухудшаются условия для размножения многих ценных видов рыб.

Велико значение рек для развития межрайонных и внутрихозяйственных связей. В России — самая разветвленная речная сеть в мире; протяженность судоходных речных путей по России — свыше 400 тыс. км.

Сейчас Россия занимает второе место в мире по гидроэнергетическим ресурсам. Но потенциал еще больше. Новое строительство в основном планируется в Сибири и на Дальнем Востоке. Гидропотенциал этих регионов в настоящее время используется на 20 и 4% соответственно. Программой перспективного развития гидроэнергетики предусмотрено строительство следующих ГЭС: Катунская, Чемальсткая, Мокская, Тельмамская, Шилкинская, Нижнеангарская, Выдумская, Стрелковская, а также Ивановской ГЭС.

К 2020 г. планируется ввести в эксплуатацию восемь строящихся сейчас гидростанций: каскад Нижне-Черекских ГЭС, Зарамагские ГЭС, Ирганайскую ГЭС, Богучанскую ГЭС, Бурейскую ГЭС, Усть-Среднеканскую ГЭС и Вилюйскую ГЭС. Их сооружение началось еще до 1990 г.

Однако, нынешнее техническое состояние уже эксплуатирующихся гидроэлектростанций оставляет желать лучшего, поэтому акцент также делается на модернизацию существующих ГЭС.

Весьма перспективным является строительство гидроаккумулирующих электростанций, которые позволяют решать проблему пиковых нагрузок. Построена Загорская ГАЭС (1,2 млн КВт), строится Центральная ГАЭС (2,6 млн КВт).

Энергетика России в последние годы ясно показала, что при недофинансировании, при недоинвестировании энергетических активов энергетика может стать препятствием для экономического роста в регионах. Когда есть запрос на развитие промышленности, есть запрос на подключение потребителя, а энергетика не может обеспечить этот запрос.

В России зоны децентрализованного энергоснабжения составляют более 70% территории страны. До сих пор у нас можно встретить населенные пункты, в которых электричества не было никогда. Причем не всегда это поселения Крайнего Севера или Сибири. Электрификация не затронула, например, некоторые уральские поселки - края, который вряд ли назовешь неблагополучным с точки зрения энергетики. Между тем, электрификация отдаленных и труднодоступных населенных селений - дело не такое уж и сложное. Так, в любом уголке России найдется речка или ручей, где можно установить микроГЭС.

Малые и микроГЭС - объекты малой гидроэнергетики. Эта часть энергопроизводства занимается использованием энергии водных ресурсов и гидравлических систем с помощью гидроэнергетических установок малой мощности (от 1 до 3000 кВт). Малая энергетика получила развитие в мире в последние десятилетия, в основном из-за стремления избежать экологического ущерба, наносимого водохранилищами крупных ГЭС, из-за возможности обеспечить энергоснабжение в труднодоступных и изолированных районах, а также, из-за небольших капитальных затрат при строительстве станций и быстрого возврата вложенных средств (в пределах 5 лет).

Где можно установить небольшую гидроэлектростанцию?

Гидроагрегат малой ГЭС (МГЭС) состоит из турбины, генератора и системы автоматического управления. По характеру используемых гидроресурсов МГЭС можно разделить на следующие категории: новые русловые или приплотинные станции с небольшими водохранилищами; станции, использующие скоростную энергию свободного течения рек; станции, использующие существующие перепады уровней воды в самых различных объектах водного хозяйства - от судоходных сооружений до водоочистных комплексов (а сейчас уже существует опыт использования питьевых водоводов, а также промышленных и канализационных стоков). Использование энергии небольших водотоков с помощью малых ГЭС является одним из наиболее эффективных направлений развития возобновляемых источников энергии и в нашей стране. Основные ресурсы малой гидроэнергетики в России сосредоточены на Северном Кавказе, на Дальнем Востоке, на Северо-Западе (Архангельск, Мурманск, Калининград, Карелия), на Алтае, в Туве, в Якутии и в Тюменской области.

МикроГЭС (мощностью до 100 кВт) можно установить практически в любом месте. Гидроагрегат состоит из энергоблока, водозаборного устройства и устройства автоматического регулирования. Используются микроГЭС как источники электроэнергии для дачных поселков, фермерских хозяйств, хуторов, а также для небольших производств в труднодоступных районах - там, где прокладывать сети невыгодно.

 

 

Литература

1. Экономическая география России: Учеб. Пособие для вузов / Под ред. Т. Г. Морозовой. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. – 147с.
2. Российский рынок автономных ветроэнергетических установок малой мощности (5-20 кВт): перспективы развития и возможности для производителей оборудования
3. Магомедов Абук Магомедович «Альтернативная энергетика»
4. «Электроэнергетика. Строители России. XX век.» М.: Мастер, 2003. С.193. ISBN 5-9207-0002-5